水轮发电机轴电流的形成和分析处理
水轮发电机轴电流的形成和分析处理
摘要：轴电压一直是水轮发电机难以消除和避免的问题。产生轴电流的原因有很多，基于此，主要介绍水轮发电机轴电流的形成原因，分析其危害以及处理方法。
关键词：感应电势；轴电压；轴电流；危害；处理方法
1.引言
根据水轮机轴承的种类不同，其耐受电压程度不同，形成的轴电压若超过轴承最大允许电压值，会通过油膜放电或者导电形成轴电压，它将在轴瓦和轴承处产生点状微孔，甚至烧坏瓦面，严重时会造成轴颈和轴承的损坏。因此，转子上下端各道轴承瓦必须加装绝缘垫使其对地绝缘，这是防止水轮发电机组产生轴电流的关键。
2.轴电流产生的原因
轴的磁化效应是转轴由于各种原因而带有磁性，旋转磁场切割导体，会在这些零件内感应起一定电位，当电位升高到足以击穿油膜时，就形成电流回路。这种电流回路可能穿过整个转子，也可能仅在轴承中或浮环密封中形成局部的短路电流，轴承或浮环中的短路电流又会产生新的磁场，磁化转轴或其他零件。因此，这种磁电相互转换，会在机组内形成很强的磁场，并出现很高的电流。由运行摩擦在大轴上产生的静电荷，使轴的电位因被充电而升高。当运转的轴接触到旋转体以外的任何部件时，便通过该部件进行放电，否则就要继续积累电荷，最后产生过高的电压。轴电流的产生如图1-1所示 为了防止转轴形成悬浮点位，一般在转轴下端还要安装一组接地碳刷接地。
发电机组轴电压主要可分为两部分：一是轴在旋转时切割不平衡垂直轴向交链磁通产生的轴电压和轴电流；二是由于存在轴向漏磁通而在转轴两端产生是轴电压。
3.轴电流对发电机运行的危害
水轮发电机轴与轴瓦采用滑动轴承，滑动轴承必须通过稀油润滑，发电机轴承在高速转动时，轴承与轴瓦之间会形成油膜，以尽量减小轴承与轴瓦之间的摩擦，降低轴瓦的温度。在轴电压较低时，油膜的绝缘是不会被击穿的。只有轴和轴承在旋转过程中，造成油膜破裂击穿，导致轴与轴瓦形成金属性接触的瞬间，便产生相当大的轴电流，这种轴电流可达到几百安甚至上千安，它足以把轴颈和轴瓦烧坏。由运行摩擦在轴上产生的静电荷，使轴的电位因被充电而升高，当旋转的大轴接触到旋转体以外的任何部件时，便通过该部件进行放电，否则就要继续积累电荷，最后产生过高的电压。如果超过轴承油膜的绝缘强度时，电荷在极短的时间内放电。这种现象重复发生的结果，就能使轴和瓦面受到损伤或变形，严重时会造成发电机运行事故。
在电站安装完成以后，发电机组经过振摆测试和瓦温考验等机械试验之后，发电机组运转一切正常，而在进行电气试验过程中，随着机组电压和负荷的增加，机组的瓦温和振摆随之开始上升并且较快，发现这一情况后，立刻停机进行检查，发现机组的上导轴瓦已损坏。
4.测量轴电压的方法
测量发电机轴电压时，将轴电压等效成为一电势e，将非接地端油膜等效为等值的可变电阻rl，接地端油膜等效为等值的可变电阻rc，轴瓦对地绝缘垫等效为绝缘电阻rj，则测量轴电压的等效电路如图1-2
（1）分别在发电机组空载和负载情况下，采用高内阻交流电压表（或数字万用表电压档）测量非接地端对地电压，即为发电机空载时的电压uo和满负载时的电压u1，所侧电压即为轴电压；（2）在运行过程中，需间隔一段时间对轴电压进行测量，其轴电压应小于满负荷时的轴电压u1；如若轴电压大于u1，需缩短测量间隔时间，测量值如继续增大，建议尽快停机处理，以免轴电压过大而击穿轴承绝缘垫，产生较大的轴电流而烧坏瓦面。
5.轴电流在线监测
采用测量轴电压来判断轴承垫绝缘情况，比较危险和不方便，不能及时发现问题，因此，采用在线监测发电机轴电流的方式是比较安全、可靠和方便。轴电流监测保护装置采用高性能单片机为核心控制部件构成控制器，以及安装在下导轴承与大轴接地碳刷之间的空心环形电流互感器作为轴电流传感器，实机监测水轮发电机组大轴产生的轴电流变化，经控制器处理后，确认轴电流超过整定值后输出二级报警信号。
采用轴电流在线监测装置监测轴电流的变化，能及时准确的发生轴电流的变化趋势，了解轴承垫的绝缘变化，及时停机对轴承各绝缘进行处理，以免事态进一步扩大。采用轴电流在线监测方式的优点：能及时、可靠的监测轴电流的变化，得到及时处理，确保水轮发电机组安全可靠的长期运行。
6.解决方案
为了防止发电机轴电流的产生，必须尽量减少产生轴电压的各种因素：1）在生产安装发电机定转子的时候，在规程的要求范围内，尽量减小定子铁芯合缝的不平整度、减小定子硅钢片的接缝间隙；2）要重视定子与转子空气间隙不均匀、轴心与磁场中心不一致、大轴摆度（振动）以及转子绕组匝间短路的问题；3）在发电机各道轴承座与地之间加装绝缘垫的方法来防止轴电流的产生，这种方法主要是运用绝缘垫割断轴与轴瓦之间形成的回路，使轴电流无法产生；4）对于由静电荷引起的轴电压，通常采用在发电机负荷侧的轴上加一块接地碳刷，碳刷接地必须可靠，使大轴的电荷不能积累，避免大轴的电位因被充电而升高，同时避免电荷放电形成的瞬间轴电流。
解决轴电压和轴电流的产生，必须重视安装过程时对轴瓦绝缘的安装和测量，在测量轴瓦绝缘时，采用dc1000v绝缘电阻测试仪，分别对发电机各道轴瓦的每块瓦对地之间测量绝缘，其绝缘电阻应不小于1μω，若绝缘电阻值小于1μω，说明绝缘垫绝缘情况不良，必须处理，直至符合要求。在测量发电机轴瓦绝缘电阻时，应注意发电机的各路进出油管路法兰连接处螺栓应配有绝缘套管及绝缘垫片，并且，绝缘良好，其绝缘电阻值满足要求。
为了保证发电机在产生轴电流时的安全，我们必须对发电机轴电流进行监测，发电机轴瓦的破坏程度取决于轴电流幅值的大小和作用时间的长短，及早发现和监视轴电流的变化趋势就是极为重要了。在发电机负荷侧的轴上安装一套轴电流保护装置，当保护装置监测到轴电流超过设定值时，保护装置可以联动计算机监控系统事故停机，从而避免轴电流造成烧瓦等重大事故。
7.总结
发电机轴电流的监测是发电机组长期正常运行的关键之一，重视轴电流的变化监测，一般情况，轴电流为几毫安到几百毫安，而忽视它就有可能带来严重的发电机运行事故，发电机在运行中发现轴电流随运行时间的增加而增大，建议尽快停机检查处理，防止事态扩大。并且，在安装或检修过程中，及时测量各轴瓦的绝缘电阻值，并更换不合格的绝缘垫片，防止在运行时发生轴电流较大而烧坏瓦面等事故。
参考文献
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轴电流保护动作的原因查找和防范措施
轴电流保护动作的原因查找和防范措施
陈建新
（广东省飞来峡水利枢纽管理局广东 清远５１ １８２５） 工业技术
●Ｉ
［摘 要］介绍飞来峡水电厂水轮发电机轴电流的产生原因，结合机组投运以来不同故障类型的发电机轴电流保护动作的查找和处理，并提出防范措施。
［关键词］水轮发电机轴电流保护动作原因 查找和防范
中图分类号：ＴＭ３１ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００９ ９１４Ｘ（２０１０）３６—０００３—０１
引言 飞来峡水电厂安装有４台３４ＭＷ的贯流式水轮发电机，其中发电机为奥地
利ＥＬＩＮ公司生产，发电机的保护也是采用ＥＬＩＮ公司的成套ＤＲＳ数字保护装
置。从９９年投运以来出现几次轴电流保护动作的情况，在事故处理、事故
原因分析和查找发面积累了一定的经验，为『 类型机组的轴电流保护动作处理 提供参考和交流。
１轴电压 轴电流 发电机在转动过程中，由于发电机中的磁力不平衡，在发电机转轴的两端
就会产生感应电势，这个感应电势也称为轴电压。造成发电机磁场不平衡，进
而产生轴电压的原因以下几方面：由于制造、安装及检修工艺等原因造成的
磁路不均衡及气隙不对称：定子或转子回路的接地、短路等故障情况：机组运
行在振动区或如机组故障的振动造成的转子和定子不能完全同心运行：其他如 静电荷的积累以及测温元件绝缘破损等因素都可能导致轴电压的产生。从以
上描述可以看出，运行中的机组产生轴电压是不可避免的，只是大小的问题。
当轴电压达到一定值时，通过轴承及其底座等形成闭合回路产生电流，这
个电流称为轴电流。如果水轮发电机在运行过程中轴承通过较大的轴电流， 在轴颈和轴瓦之间产生电弧侵蚀，如不及时处理，可能会出现破坏油膜，轴承温
度升高，润滑油碳化变质，甚至烧瓦等严重的后果。一般的水轮发电机都设置
有轴电流保护或限制措施，以保证机组的安全运行。
２飞来峡发电机轴电流保护的原理及配置 飞来峡水电厂的机组为卧轴结构，水轮机和发电机共用一根主轴，两端分
水电厂发电机组轴电流的危害及防范措施
水电厂发电机组轴电流的危害及防范措施
摘 要：发电机组轴电流危害是水电厂发电厂机组工作中的常见问题，极大程度上影响到水电厂工作的进程。为此，本文将针对水电厂发电机组轴电流的危害进行分析，结合实际情况，有针对性的制定出相应的防范措施。
关键词：水电厂；发电机组；抽电流危害；防范措施
水电厂发电机组在正常运行过程中，一旦发电机组轴承出现绝缘性能下降现象，受轴承电压的影响，发电机组将会产生较大的轴电流。若水电厂发电机组轴承电流密度大于0.2A/cm2，将会对轴瓦产生电腐蚀作用，破坏油膜，导致机组无法正常运行。想要确保水电厂发电机组能够正常工作，应安装相应的保护装置，为发电机组的正常运行奠定基础。
一、轴电压、轴电流的产生与危害
（一）轴电压、轴电流的产生
水电厂发电机组在正常运行过程中，但凡转轴上出现磁通量交链不平衡现象，发电机转轴两端均会出现感应电势。所形成的感应电势被称为“轴电压”。根据轴电压的实际运用情况，可将其分为两种情况：情况一，发动机转轴在旋转过程中，磁通对转轴进行不平衡切割，在轴承两端产生轴电压；情况二，磁通存在漏磁现象，导致转轴连段产生轴电压。
当交流异步发电机处于正弦交变电压运行环境时，发电机转子位于正弦交变磁场。因发电机定转子的硅钢片、扇形冲片等因素的影响，在磁通路中产生不平衡的磁阻现象。若发电机定子铁芯圆周围出现不平衡的磁阻现象，导致定子铁芯圆与轴相交链之间产生交变磁通，以此形成交变电势。受磁极的旋转作用，磁极和两侧轴承之间形成闭合回路并产生轴电流，导致磁通对转轴进行不平衡切割，出现轴电压不平衡现象。 发电磁场出现不平衡现象的产生原因主要来源于以下三个方面：其一，转轴在制造过程和安装过程受制造工艺与安装手法的限制，导致磁通量存在气隙不对称、磁路不均衡现象，该现象在实际运行中是无法避免的一种现象；其二，发电机组内外环境出现不对称短路现象，从而产生轴承电压，该现象是因定子绕组短路部分存在感应电流，对合成磁通产生一定的阻止作用，未短路部分的定子绕组不存在阻挠合成磁通的现象，从而导致定子磁路出现不对称现象；其三，转子绕组匝间出现短路现象、励磁回路出现接地均会产生较强的轴向不平衡磁通现象。若轴电压达到某个数值后，轴电压通过轴承和轴承底座等过程所形成的闭合回路，并在闭合回路中所生成的电流，该电流被称为轴电流。
水电厂发电机组轴电流的危害及防范措施 2
水电厂发电机组轴电流的危害及防范措施
摘要：机组在正常运行时一旦出现轴承绝缘性能下降,此时在较高的轴电压作用下将会产生较大的轴电流。当通过瓦面的轴电流密度超过0.2A/cm2,就可能对轴瓦产生电腐蚀,油膜遭到破坏,危及机组安全运行。为此,合理配置及装设可靠的轴电流保护装置,在大型水轮发电机组的保护中显得尤为重要。基于此，本文主要对水电厂发电机组轴电流的危害及防范措施进行分析探讨。
关键词：水电厂；发电机组；轴电流；危害；防范措施
前言
同步发电机的磁路往往不对称，这种不对称通常是由于定子铁心组合缝、定子硅钢片接缝、定子与转子空气间隙不均匀造成的。发电机主轴在这种不对称磁场中旋转，会在其两端产生交流电压即轴电压，如果电机主轴两端轴承没有绝缘垫，这个电压就会通过电机两端轴承支架形成电流回路，这个电流叫轴电流。在发电机运行过程中，如果在电机两轴承端或转轴与轴承间存在轴电流时，将会大大缩短电机轴承的使用寿命严重时只能运行几小时。
1、案例事件经过
某水电站1号机组，始建于2012年，经过几年的运行，到2018年机组在一次检修后手动起励升压过程中，监控反复报出轴电流告警动作，立即派出运行人员到现场进行检查，检查结果显示轴电流示数一直处于跳变的状态，跳变范围在0.24～4A之间，机端电压达额定电压10500V的80%时，轴电流示数维持在3A以上，已超过机组轴电流监测告警设定值0.8A的4倍，由于是手动操作，机组并未达到跳闸设定值。根据以往经验，判定是1号水轮发电机产生轴电流故障，为避免轴电流继续上升，需要找出轴电流发生的根源，并采取防范措施，才能确保机组运行的稳定性和安全性。 2、轴电流异常原因分析
灯泡贯流式水轮发电机的转子在转动过程中，四周带有磁场，受到多重因素的影响，轴在运行中旋转不平衡，会做切割磁感线的运动，根据物理学磁生电的原理，就会导致一些零件带有一定的电位。随着电位的不断升高，就会击穿轴的油膜，从而形成电流回路。如果形成的电流强度到达一定值，有可能会穿过整个发电机转子，也可仅仅在导轴承局部形成短路电流。根据物理学电生磁的原理，会在短路电流附近，形成新的磁场，从而继续磁化轴承和其他零部件。如果长时间得不到处理，根据磁电相互不断转化的现象，灯泡贯流式水轮发电机内部逐渐形成很强的磁场和很高的电流。
电机的轴电流的解决方法
电机的轴电流的解决方法
介绍
电机的轴电流是指电机在运行过程中，电流通过电机的轴向流过的现象。轴电流的存在可能会导致电机温升加剧、轴承磨损加快、电机寿命缩短等问题。因此，解决轴电流问题对于保护电机和提高其可靠性至关重要。
轴电流的成因
轴电流的产生通常有以下几个原因： 1. 磁通泄漏：磁通泄漏会导致部分磁通通过轴向流到电机的轴上，导致轴电流的产生。 2. 涡流损耗：当电机磁场变化时，轴材质中存在的导电性杂质会产生涡流，形成额外的电流流过轴。 3. 斜坡牧流现象：电机转子做高速旋转时，由于受到电动势的作用，会导致轴电流的产生。
影响轴电流的因素
影响轴电流大小的因素有很多，包括： 1. 电机设计参数：电机的设计参数，如磁场分布、定子槽形状等，会直接影响轴电流的大小。 2. 轴材质：轴的导电性以及杂质含量都会对轴电流产生影响。 3. 工作条件：电机的负载、工作环境温度等工作条件也会对轴电流产生一定的影响。
解决方法
为了解决电机的轴电流问题，可以从以下几个方面入手：
1. 优化电机设计
通过优化电机的设计，可以减少磁通泄漏和涡流损耗，从而降低轴电流的大小。具体的优化方法包括： - 优化定子绕组的布局和形状，减少磁通泄漏； - 采用合适的轴材质和制造工艺，减少涡流损耗； - 通过计算机仿真和实验测试，不断优化电机的设计参数。 2. 使用电机防护装置
为了保护电机免受轴电流的侵害，可以安装一些专门的电机防护装置，如轴电流保护器。轴电流保护器能够感知轴电流的存在，并及时采取措施，如降低负载、切断电源等，以保护电机的安全运行。
3. 控制电机工作条件
合理控制电机的工作条件，对于降低轴电流也有一定的作用。具体的控制方法包括：
- 控制电机的负载，避免过载运行； - 保持电机周围的工作环境温度适宜，避免过热导致轴电流增大。
4. 轴电流监测
定期对电机的轴电流进行监测，可以及时发现轴电流异常，采取相应的措施。轴电流监测可以通过专用的电流传感器实现，将监测到的电流信号传输到监测系统中进行分析和处理。
轴电流产生的原因
- 1 - 轴电流产生的原因
轴电流是在交流电机中出现的一种电流，它的产生原因是由于电机的磁通线圈在旋转时会与定子上的绕组交叉，从而在绕组中产生电势。这种电势会引起电流的流动，形成轴电流。轴电流不仅会对电机产生影响，还会对电机周围的其他设备产生干扰，因此，对轴电流的产生原因进行了深入的研究和分析，以期减少其对电机和其他设备的影响。
轴电流的产生原因主要有以下几个方面：
1. 磁通波动
电机的磁通是由电机的磁极和磁通线圈共同产生的。当电机旋转时，磁通线圈的磁通会随着旋转而发生波动，从而在定子绕组中产生电势。这种电势会引起电流的流动，形成轴电流。
2. 不平衡磁场
电机的磁场不平衡也是轴电流产生的原因之一。当电机的磁场不平衡时，磁通线圈在旋转时会与定子绕组交叉，从而在绕组中产生电势。这种电势会引起电流的流动，形成轴电流。
3. 电机的设计和制造
电机的设计和制造也会影响轴电流的产生。如果电机的设计和制造不合理，会导致电机的磁通线圈和定子绕组之间的距离过近或过远，从而影响轴电流的产生。此外，电机的材料和加工工艺也会影响轴电流的产生。
4. 磁极的数量和布局 - 2 - 电机的磁极的数量和布局也会影响轴电流的产生。如果电机的磁极数量过多或过少，或者磁极的布局不合理，会导致电机的磁通线圈和定子绕组之间的距离过近或过远，从而影响轴电流的产生。
以上几个方面是轴电流产生的主要原因。为了减少轴电流的产生，需要从这些方面入手，对电机进行合理的设计和制造，以及对电机进行科学的调试和维护。同时，还需要采取一些措施来减少轴电流的影响，比如采用抗干扰能力强的设备和材料，以及采用合理的电路设计来减少轴电流的影响。
在电机的使用过程中，轴电流的产生是不可避免的，但是，通过科学的研究和分析，可以减少其对电机和其他设备的影响，从而保证电机的正常运行和设备的稳定性。
电机轴电流产生的原因及预防
电机轴电流产生的原因及预防
轴电压的形成
轴电压的形成是指电机轴两端之间或者转轴与轴承座之间所产生的电压。产生轴电压的主要原因是由于环绕电机轴的磁路不平衡所引起，这个不平衡的磁通切割转轴，就在轴的两端感应出轴电压。造成磁路不平衡的因素很多，如转子运转不同心。定子铁心扇型冲片叠装接缝不对称。硅钢片磁导取向不同造成磁导率不同、铁心槽和通风孔的存在致使磁路不平衡以及轴承中具有绝缘性能的油膜引起的静电、 充电等
轴电流的形成与危害
轴电流形成的条件：一是有轴电压，二是构成回路。设计和运行条件正常的电机，转轴两端电压仅有很小的差值，且由于油膜或轴承绝缘的处理，不足以产生危害。
若是某一环节出现了问题，轴电压超过了限值，就可能击穿原来的绝缘，在转轴、轴承内圈、轴承外圈、轴承室构成回路，于是转轴轴承位和轴承内圈的表面会因电弧放电产生小而深的圆形蚀点或条状电弧伤痕，严重时足以把轴颈和轴瓦烧坏。
轴电流防治措施
针对轴电流产生的原理 ，一般有如下措施加以解决：
1、 导流：在轴伸端安装接地碳刷，使接地碳刷可靠接地，并且与转轴可靠接触，保证转轴电位为零电位，随时将电机轴上的静电荷引向大地，以此消除轴电流。此种措施一般在发电机上运用较多 ，在大型交流电动机上也偶有运用。
2、 阻断 ：轴电流形成的重要条件之一就是构成回路，在非轴伸端的轴承座和轴承之间加装绝缘垫或采用绝缘轴承，切断轴电流的回路，是电机生产商最佳的解决方案。
发电机组轴电流报警原因分析及解决措施
发电机组轴电流报警原因分析及解决措施
摘 要：轴电流破坏通常被称为电蚀。电蚀与气蚀在概念上不同，但它对发电机组造成不可忽视的危害，并影响机组安全运行。文章以本站近年来发生的轴电流报警的实际情况进行探讨并制定出解决措施，为此类问题的研究提供参考。
关键词：轴电流；电蚀；危害
0引言
发电机起励过程中，先通过初励电源对转子施加励磁，形成一个转子磁场，根据法拉第电磁感应定律，导体在磁场中运动就会感应出电流，转子旋转定子中就会有电流产生。由于定子铁芯组合缝、定子硅钢片接缝，定子与转子空气间隙不均匀，主轴中心与磁场中心不一致等客观因素，机组的主轴不可避免地要在一个不完全对称的磁场中旋转，在主轴两端就会产生一个交流电压。正常情况下要求机组转动部分对地绝缘电阻大于0.5MΩ,如果在主轴两端同时接地就可能产生轴电流。运动是相对的，若以旋转磁场为参照，则定子就是其中的运动导体，切割电磁场形成一定的电流。随着机组转速不断升高，导体在磁场中运动，或者导体静止但有着随时间变化的磁场，或者两种情况同时出现，都可以造成磁感线与导体的相对切割，在导体中就产生感应电动势，从而驱动电流，分布在导体中的电流随着磁通分布的不同而不同，从而形成涡流。当引线开关在断开状态下，会在发电机内部形成严重的涡流且无法及时消失。其次，主轴电刷绝缘性能无法满足要求或励磁引线受损，推力轴瓦绝缘破损，镜板与推力轴承间绝缘不佳等因素，发电机本身存在的缺陷就会造成开机过程中的轴电流冲击，随着励磁电流的不断增加以及并网运行中无功功率由AVC控制，轴电流破坏程度趋于稳定。反之，当负荷调节频繁，开、停机次数过多，运行机组振动数值超标、轴线摆度过大，机组工况差，长时间运行使得机组绝缘老化，绝缘性能下降，润滑油变质，机械磨损严重，同时也加剧了轴电流的破坏程度，给机组稳定运行带来不安全的因素。
1发电机轴电流报警概况
彭水水电站3号机组自投产以来，在运行期间常有轴电流报警的情况存在。对机组进行现场检查经发现，其轴电流大小随发电机有功功率的增大而增大。当有功功率保持不变时，不存在轴电流幅值因发电机运行时间增加而增大的情况。对该机组现场测试，发现3号发电机轴电流与定子有关联，定子电流越大，轴电流越大。查看机组状态监测数据发现，3号发电机上导摆度超出正常范围。综合以上结果表明3号机组定转子磁场旋转中心存在偏移，并且3号机组在500V绝缘电阻测试仪下的转子绝缘值一直偏低，因此要采取相应措施限制轴电流的上升，保障机组稳定运行。
水轮发电机组轴电流保护误报警分析与处理
30科技资讯 SCIENCE & TECHNOLOGY INFORMATION科技资讯2015 NO.02SCIENCE & TECHNOLOGY INFORMATION动力与电气工程随着发电机组单机容量的逐渐增大,轴电压成为大型发电机采用静止自并励磁系统后一个不容忽视的问题。轴电压的波形具有复杂的谐波脉冲分量,对机组轴承油膜的绝缘很不利。当轴电压未超过轴承油膜的破坏值时,轴电流非常小;若轴电压超过轴承油膜的击穿电压时,则在轴承上形成很大的轴电流,即轴电流电弧将烧蚀轴承部件并使轴承的润滑油老化,从而加速轴承的机械磨损,严重时会烧坏轴瓦,造成机组非计划停运。轴电压的产生原因有很多,如磁路不对称、单极效应、电容电流、静电效应、静态励磁系统、外壳或轴的永久性磁化等。因此加强对机组轴电压的测量或设置轴电流保护对发电机安全运行的是非常重要的。1 轴电流保护及配置简介某电厂水轮发电机轴电流保护原理是监测发电机上端轴与上导轴领之间的绝缘电阻,即在发电机轴和上导轴领之间夹着内绝缘层、中间的铜片和外绝缘层。如果轴电压足够大并同时击穿内、外绝缘层,就会形成自发电机轴、中间的铜片、上导轴领、轴瓦、轴承支架到机组底座的轴电流回路,此时轴电流引起的电弧会烧蚀轴承部件并使轴承的润滑油老化从而加速轴承的机械磨损,同时轴电流会使发电机轴承等部件强烈磁化。因此只有内、外绝缘层同时击穿后才能形成轴电流回路。为了监测发电机轴与铜片、铜片与轴领的之间绝缘电阻,共设有三把供发电机轴电流保护使用的碳刷。第一把碳刷安装在发电机滑环室内,与上导轴领相接触;第二把碳刷安装在发电机滑环室内,与上导轴领处的内、外绝缘层间铜片相接触;第三把碳刷即大轴接地碳刷安装在水车室内,与发电机大轴相接触。该厂轴电流保护装置采用德国进口SINEAX V604型可编程通用变送器检测轴承绝缘损伤程度,间接地起到轴电流保护作用,有别于常规的轴电流保护。SINEAXV604可编程通用变送器能够根据测量范围自动注入幅值为60～380μA自适应的恒定电流信号,测量端口电压来计算回路绝缘情况,实测装置开路电压≤3.7V。装置配置多个信号指示灯,当绿灯闪动表明测量传感器开路,表示被测回路绝缘良好。如果测量电阻低于测量整定值,则指示灯变为常亮,指示被测回路绝缘下降。当监测到发电机上端轴和上导轴领之间的绝缘层电阻的变化,间接反映轴电流的大小及其对轴承、轴瓦的损伤程度。当可编程通用变送器的输入电阻值低于其整定值2.5kΩ,且持续时间＞1s,则表明绝缘层的绝缘情况已经下降至一定程度,输出接点就会动作,并驱动发电机保护装置外部重动继电器,发电机保护就会发出报警信号,便于运行维护人员及时查找原因和排除故障,从而很好地起到了轴电流的保护作用。同时可编程通用变送器输出4～20mA的模拟量对应其输入量0～5kΩ的绝缘电阻值上送监控系统,便于运行人员通过监控系统画面实时监视轴承的绝缘情况。轴电流保护采用双套配置,两套装置的监测范围不同,其中A套可编程通用变送器所接入的是中间铜片和轴领碳刷的引线(监视外绝缘层),而B套可编程通用变送器所接入的是中间铜片和大轴接地碳刷的引线(监视内绝缘层)。当可编程通用变送器测量到不管是内绝缘层电阻下降还是外绝缘层电阻下降,都会驱动发电机保护装置外部重动继电器,发报警信号。双重化的配置保证了轴电流保护的安全可靠以及灵活性。此轴电流保护原理及接线较简单,变送器动作可靠性高,维护及调试也较方便(接线如图1所示)。2 事件处理过程及原因分析2.1事件经过某号发电机保护B套报轴电流报警信号,5s后报警复归。现场检查发电机保护B套装置面板的故障指示灯未点亮,查阅发电机保护B套“异常记录报告”项,内有“外部重动4信号、恢复正常”(即为轴电流报警信号)信息。检查发电机保护A套保护无故障信息。2.2处理过程发电机保护B套轴电流监测装置监测的是中间铜片和发电机大轴间的内绝缘层的绝缘电阻。检查发电机B套轴电流监测装置整定值、采样值、输出均工作正常;检查发电机B套轴电流监测装置至碳刷之间电缆的绝缘无异常;用数字兆欧表直流1000V档位测量大轴与轴领之间的绝缘层中间铜片对地绝缘:初始值为80MΩ,随后绝缘值一直下降不能稳定,进一步检查发现绝缘层中间铜片引出线上附有玻璃胶,玻璃胶表层粘满碳粉,极易造成绝缘层中间铜片对地绝缘不合格,清除玻璃胶、碳粉后,再测量绝缘层中间铜片对地绝缘为无穷大;继续排查发现水车室大轴接地碳刷接地不可靠,将大轴接地碳刷在发电机端子箱处可靠接地之后经过观察再也没有出现B套水轮发电机组轴电流保护误报警分析与处理苏华利1,2(1.广西大学电气工程学院 广西南宁 530004; 2.龙滩水力发电厂 广西天峨 547300)摘 要:通过一起水轮发电机轴电流保护误报警的原因分析和处理,阐明了发电机长时间运行产生大量励磁碳粉是发电机轴电流保护误报警的主要原因。关键词:水轮发电机组 轴电流 接地碳刷 碳粉中图分类号:TK730文献标志码:A文章编号:1672-3791(2015)01(b)-0030-02
3.5万千瓦水轮发电机轴电流允许范围
3.5万千瓦水轮发电机轴电流允许范围
一、简介
水轮发电机是利用水能转换为机械能，再通过发电机转换为电能的装置。在水力发电站中，水轮发电机是起到转换水能为电能的重要设备之一。在水轮发电机的运行过程中，轴电流是一个重要的参数，其合理范围对于保障设备运行安全、稳定具有重要意义。
二、轴电流的定义
轴电流是指水轮发电机转子或转子绕组上的电流。它是在水力发电站中对水轮发电机转子绕组进行实时监测的重要指标之一。轴电流的大小直接关系到水轮发电机的运行安全、稳定。
三、轴电流的重要性
1.水轮发电机的轴电流是反映其绕组运行状态的重要参数。通过对轴电流进行监测，可以了解发电机绕组的电气运行状态，及时发现发电机运行过程中存在的问题。
2.轴电流的大小直接关系到水轮发电机的散热和绕组的损耗。如果轴电流过大，会导致水轮发电机发热过高，影响设备的运行安全。
3.水轮发电机轴电流的正常范围可以作为设备运行状态的重要参考，对于及时发现设备异常、保障设备安全运行具有重要意义。
四、轴电流的允许范围 根据水轮发电机的不同类型和规格，其轴电流的允许范围也会有所不同。在通常情况下，3.5万千瓦水轮发电机的轴电流允许范围应当控制在3以内。具体允许范围可根据具体设备的技术参数和使用要求进行细化。
五、轴电流超出允许范围的原因
1.绕组故障：水轮发电机绕组中存在短路或接地故障时，会导致轴电流异常增大。
2.转子绝缘老化：水轮发电机转子绝缘老化严重时，会导致轴电流升高。
3.水轮发电机负载变化：在水轮发电机的负载变化较大时，会导致轴电流的波动。
六、轴电流超出允许范围的处理方法
1.根据水轮发电机的实际运行情况，及时调整负载，控制轴电流在正常范围内。
2.定期对水轮发电机的绕组进行检测和维护，确保设备的绝缘正常。
3.对于发现轴电流超出允许范围的情况，应当及时停机检修，排除故障，保障设备运行安全。
七、结语
水轮发电机轴电流的正常运行对于水力发电站的安全稳定运行具有重要意义。相关管理部门和水电站运维人员应当加强对水轮发电机轴电流的监测和管理，确保设备的安全运行。加强对水轮发电机绕组的维护和保养，及时发现并处理轴电流超出范围的情况，保障设备的长期稳定运行。八、水轮发电机轴电流监测与管理
发电机轴电压产生的原因、危害及消除措施
- 1 - 发电机轴电压产生的原因、危害及消除措施
(1)轴电压产生的原因
①磁通不对称。造成磁通不对称的原因，可能是由于定子铁芯局部磁阻较大、定子与转子气隙不均匀、分数槽电机(多为水轮发电机)电枢反应不均匀等所引起。
②电机大轴被磁化。
③高速蒸汽产生静电。
由于与发电机同轴相连的汽轮机的轴封不好，沿轴的高速蒸汽泄漏或蒸汽在汽缸内高速喷射等原因使轴带电荷，这种性质的轴电压有时很高，当人触及时感到麻手。
(2)危害及消除措施
高速蒸汽产生的静电荷，不易传导到励磁机侧，在汽轮机侧也有可能破坏油膜和轴瓦，通常在汽轮机轴上装设接地炭刷来消除。
对于其他原因所产生的轴电压，如果在安装时和运转中不采取有效的措施，当轴电压足以击穿轴与轴承间的油膜时，将产生一个由发电机大轴、轴颈、轴瓦、轴承支架及机组底座为回路的轴电流，虽然轴电压不高，通常在1V以下，个别机组为2—3V，但由于回路的电阻非常小，因此产生的轴电流可能特别大，有时可达数百安培，轴电流会使轴承油的油质劣化，严重时会将轴瓦烧坏，被迫停机造成事故。
- 2 - 为了防止轴电流的产生，设计安装时，在位于发电机励磁机侧的轴承支架与底座之间己加装绝缘垫，同时将所有螺杆、螺钉(控制销)及油管等均已采取绝缘措施。
(3)测量轴电压的意义
由以上分析可知，发电机一侧的轴承支架与底座之间的绝缘垫是否保持良好的绝缘性能，对于防止发电机的轴和轴瓦的损坏以及轴承油质的劣化，保证机组的安全运转起着重要作用。因此，机组在安装时和运转中，通过测量比较发电机两端的电压和轴承与底座的电压，检查判断发电机轴承支架和底座之间的绝缘好坏是十分必要的，所以，交接试验标准和预防性试验规程中都把发电机轴电压的测量列为必做的试验项目。